基于虚拟仪器技术的工程机械液压系统状态检测系统

　　1　引言

　　由于液压系统结构与工作原理都比较复杂,其故障的发生往往牵涉到机械、电子、自动控制等环节,所以液压系统故障的状态监测、故障的诊断等都比较难。液压系统作为一个整体,其中任一元件的故障均会影响到系统的工作状态,而一旦出现故障,很难准确地判断故障发生的具体部位。实际中往往采用拆检方法,不可避免地扩大了拆修范围,装配过程中又容易出错,易引起新的故障,因而迫切需要研制先进的检测手段和科学的检测与诊断方法进行液压系统的技术状态监测和故障的识别与诊断。

　　根据目前国内外液压系统状态监测设备的研制与使用状况,尤其是工程机械液压系统故障的在线监测和快速修理对检测仪器的需求,本文从液压系统测试仪的使用要求与功能设计入手,特别是检测系统硬件的选型、定制和软件的设计开发,研制出了基于集成传感器技术的工程机械液压系统故障检测仪。

　　2　检测仪的硬软件组成与工作原理

　　2·1　检测仪的总体构成及工作原理

　　液压系统检测仪的硬件部分主要由测试传感器、信号调理电路、80931AA系统、键盘及显示输出设备和USB接口电路等组成。由Pt100温度传感器、压力传感器和流量变送器产生的输入信号,经由电桥、I/V变换电路等组成的信号调理电路转换后,送入A/D变换电路转化为数字信号,输入到CPU中,由CPU进行信号处理、故障识别等工作,最后通过液晶显示器输出或由接口电路输入到微机和其他处理设备中。其结构框图见图1。

　　2·2　集成传感器的实现

　　在传统的液压状态参数的测试过程中,存在着温度、压力和流量传感器在物理安装上的较大位置差别,所测出的压力、流量和温度很难保证是同一测点的数值,与诊断模型所要求的同点、同时测量有一定差距。而且,3种传感器的同时接入会导致过多的泄漏等,也增加了测试复杂性。因此,本文采用将3种传感器集成为一体的设计,如图2所示,在流量变送器的主体上再安装压力和温度传感器,形成了三位一体传感器,极大地提高了测试的可靠性和诊断的准确性。

　　2·3　信号处理系统软件设计

　　传统的传感器如压力或流量传感器,其输入和输出特性大都存在非线性,且易受工作介质温度的改变而变化,其表现是当被测的目标参量值为零或保持恒定时,若工作介质的温度T发生改变,则传感器的零点或输出电压(电流)值均发生变化,这将引起目标参量的测量误差。因此,本文设计了多传感器数据融合温度补偿系统,程序根据温度传感器信号的变化情况可对压力和流量传感器的输出进行温度补偿。软件设计中也应用了数字滤波算法和分频软件算法校正等措施确保数据采集的精度和各个信号的同步采样,软件主要包括监控程序、系统测控处理程序和传感器的数据融合程序。图3为其流程图。